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农药在线混合应用可在实现精准变量喷雾的同时减少农药浪费及环境污染,以及避免人药直接接触,开展面向液态和固态农药的在线混合混药器及其性能评价研究可为农药的精准变量施用提供可行技术方案。本文基于理论分析研究了液态农药与水在线混合过程,以设计能促进液态农药均匀混合、同时在脉动注入时能减轻混合浓度不一致性的混药器结构。研究表明:较强的湍流强度及农药分散注入可提高液态农药混合效果,农药注入量增加可提升农药在检测管各处分布概率;依靠湍流混合效果及农药注入脉动抑制结构,可减轻时间序列上浓度不一致性;进而可设计出基于湍流混合的文丘里型射流混药器(A)、基于农药多点注入的夹层孔管混药器(B)、以及由上述两种结构结合的夹层孔管射流混药器(C)和通过简化混药器C获得的简化夹层混药器(D),混药器D也可视作基于夹层孔管结构优化的混药器A。基于主成分分析PCA算法对上述液态农药混药器进行均匀性性能评价。结果表明:随载流流量(Q)增高混药器均匀性均逐渐改善,但从Q=800增加至2000mL/min所带来的H值(PCA算法所得)变化不及将混合比(P)从1:100增至10:100明显;随着P增加,各混药器表现不同,混药器A均匀性逐渐下降;混药器B在P较高条件下性能优于混药器A;混药器D(Have=12.46)优于混药器A(Have=15.35)和混药器B(Have=14.65),但次于混药器C(Have=4.08);混药器D经进一步结构优化通常可满足均匀性要求。基于时间序列上浓度变异系数法(CVT)进行了上述混药器浓度一致性评价,基于自相关(R)和近似熵(ApEn)描述了浓度脉动,即周期性特征。结果表明:较高的Q,P以及农药注入频率(F)有助于降低混合液浓度的不一致性(CV值);混药器A的CV值高达0.0412,同时表现出明显的周期特征和浓度脉动;具有夹层孔管结构衰减脉动噪声的混药器B降低CV至0.0125,自相关分析不能完全确定其注入周期,浓度序列自相关性最高;结合两者结构的混药器D虽仍表现出脉动特性,但CV低至0.026;混药器B虽可在农药脉动注入下降低浓度不一致性但结构复杂,而混药器D具有结构简单的优点;混合均匀性与浓度一致性有正相关性,脉动注入较强时需均匀性更好的混药器。完善了基于图像的液态农药混合均匀性评价体系。具有描述混合均匀性潜能的CVT算法、为评价混药器均匀性所提出的灰度共生矩阵法(GLCM),不能完全反映实际均匀性变化;信息熵(HIE)法高估均匀度;而单帧图像像素波动法(CVS),在混合液分层时有所低估;直方图二阶矩(HSM)法仅考虑ROI中的整体亮度变化,而无农药位置分布相关信息,使其稍夸大了不同工况下的均匀性差异;基于ROI子区域间相似性得到的面积加权法(OAU)和PCA法弥补了HSM的缺陷,获得了较高准确性。设计了基于气流卷携粉剂农药的多点注入射流混药器。使用气流卷携进行粉剂农药在线混合时,进气压力Pr改变了气液流型及喷雾效果;随Pr增大,流型逐渐从纯液流、少量气泡流转变成大量气泡流甚至环状流;喷雾液膜区逐渐减小至消失,喷雾角逐渐变大;初步确定了满足粉剂与载流充分混合基本条件,其在线混合工况为Q=1800mL/min,Pr=0.11MPa;多点注入射流混药器中注入点个数n、面积比m、喷嘴直径dn对均匀性影响显著,而嘴管距Lnt则不明显,最优结构参数为:n=2,m=1:4,dn=2.5mm,Lnt=4mm;利用OAU可对粉剂沉积均匀性进行评估,最优结构的多点注入射流混药器使得粉剂沉积分布均匀性达到0.8123,略低于预混合喷雾(0.8492),明显优于无混药器直接注入喷雾(0.6657)。将最优结构的多点注入射流混药器简化调整注入点至n=1,得到针对固态水分散粒剂农药(WDG)的单点注入射流混药器。因基于3D图像重构的WDG混合均匀性评价方法可行,故与基于单视角图像的方法一起可参与混药器性能评价。试验及分析评价表明:随着Q以及WDG加入量(ξ)升高,WDG分布均匀性明显上升,各区域粒子含量逐渐接近;颗粒沉降速度及检测距离增高可显著降低粒子流化作用,导致管底聚集;与载流密度相似,直径更小的WDG粒子将有助于其在线混合应用。本文通过分析液态和固态农药在线混合机理,设计了适用的在线混合混药器,并进行了基于图像的的混合效果性能评价研究,为该变量喷雾方式的实际应用提供了可行方案;同时,构建的基于图像方法进行农药在线混合效果评估的体系,丰富了非侵入式农药在线混合效果测试手段。